Fältförsvagning: Att öka hastigheten utöver vad spänningen tillåter
Varje motor med magneter har en maximal "naturlig" hastighet, som bestäms av batterispänningen. Försvagning av magnetfältet, ofta kallat med sitt engelska namn field weakening, möjliggör att man kan överskrida denna hastighet utan att byta batteri eller motor. Det är en kraftfull inställning, uppskattad inom racing, men som har en kostnad och risker som man bör känna till.
Det viktigaste
- Enligt principen för en motor med permanentmagneter, genereras en spänning när motorn roterar, och denna spänning tenderar att likna batteriets spänning, vilket resulterar i att hastigheten begränsas.
- Demagnetiseringen injicerar en ström som försvagar magneternas effekt, vilket i sin tur sänker den maximala effekten.
- Denna ström genererar inte vridmoment i en motor med ytliga magneter: den får motorn och styrenheten att överhettas och tömmer batteriet snabbare.
- Vid en plötslig avstängning i hög hastighet, särskilt vid full gas, kan spänningen som genereras av motorn överstiga vad som är säkert för styrenheten.
Varför kan en motor nå sin maximala hastighet och inte gå snabbare?
En motor med magneter fungerar också som en dynam: när det roterar genererar det en spänning, den så kallade "motspänningen", som är proportionell mot dess hastighet. För att få ström att flöda in i motorn måste styrenheten applicera en spänning som är högre än den spänning som motorn själv genererar.
När hastigheten ökar, närmar sig spänningen som produceras av motorn spänningen i batteriet. Styrsystemet kan inte längre trycka igenom ström, och därmed vridmoment: hastigheten når en gräns. Denna gräns beräknas utifrån motorns hastighetskonstant, Kv, och batterispänningen. Se vår guide om Kv, Kt och motorpoler.
Principen bakom flödesoptimering
I en vektorstyrning, fördelas strömmen i motorn på två delar: strömmen q, som genererar vridmoment, och strömmen d, som är inriktad med magneterna. Normalt hålls strömmen d på noll.
För att "defluffa" (minska vibrationer/brus), injicerar styrenheten en negativ ström. Denna ström skapar ett fält som är motsatt magneternas fält, vilket minskar spänningen som motorn producerar vid samma hastighet. Styrenheten kan sedan återigen tillföra ström q, vilket ger vridmoment, och motorn överstiger sin tidigare gräns.
Termen är missvisande: magneterna försvagas inte. Det är deras effekt, sett från spolarna, som kompenseras, så länge strömmen flödar.
Vad det kostar
- Ström utan vridmoment: I en motor med yttre magneter bidrar inte strömmen "d" till vridmomentet. Den adderas till den totala strömmen, vilket leder till ökad värmeutveckling i motorn och styrenheten.
- Om prestanda: I höga hastigheter och under tung belastning omvandlas en allt större andel av energin till värme. Detta resulterar i en minskad räckvidd.
- En delad strömbegränsning: Den totala strömmen till motorn förblir begränsad. Ju mer ström som används för att minska magnetfältet (defluxing), desto mindre ström finns tillgänglig för att generera vridmoment.
Inre permanentmagnetmotorer (IPM) klarar bättre av "demagnetisering" eftersom strömmen där också bidrar till vridmomentet. Detta är en av anledningarna till deras framgång inom bilindustrin: se vår guide om IPM- och SPM-motorer.
Den främsta risken: att systemet stängs av i hög hastighet
Vid "deflexning" roterar motorn snabbare än sin naturliga hastighet: spänningen som den skulle generera utan strömmen "d" överstiger batteriets spänning. Om styrenheten plötsligt stängs av (på grund av ett fel, skydd eller strömavbrott), försvinner strömmen "d" och denna spänning uppstår plötsligt vid motorns anslutningar.
Motorn fungerar då som en generator som skickar ström tillbaka till batteriet via styrenhetens brygga. Detta kan leda till kraftig inbromsning och en spänning som kan överstiga vad transistorerna eller batteriet klarar av. Därför är det viktigt att ha en viss marginal i spänningen, och därför justeras "defluxage"-inställningen försiktigt.
Tips för verkstaden.
Avstängningen (deflexage) justeras i små steg, samtidigt som man övervakar motorns och styrenhetens temperatur samt batterispänningen. Denna justering bör endast göras av erfarna användare, eftersom en förlust av grepp eller en kraftig inbromsning i hög hastighet kan få allvarliga konsekvenser.
Avmagnetisering eller för hög spänning?
För att öka hastigheten finns det två alternativ: att minska luftmotståndet eller att öka batterispänningen. Högre spänning ökar prestandan utan extra ström, vilket innebär mindre värme och ingen förlust av effektivitet, men kräver ett batteri, en styrenhet och ofta ett BMS (Battery Management System) som är kompatibla. Att minska luftmotståndet kräver bara en justering, men det resulterar i ökad värme och minskad räckvidd. På en tävlingsmaskin kombinerar man ofta de två metoderna. För batterier, se våra batterier för elscooter.
Vanliga frågor
Med hur mycket ökar "defluxing" hastigheten?
Det beror på motorn, spänningen och strömmen som man är beredd att använda. Fördelarna är verkliga, men de kommer snabbt med en ökad värmeutveckling; det är bäst att mäta resultatet direkt på maskinen genom att övervaka temperaturerna, istället för att förvänta sig vissa resultat i förväg.
Förorsakar avmagnetisering skada på magneterna?
Inom rimliga gränser, nej: det motsatta fältet är tillfälligt. Men en mycket stark ström till en motor som redan är väldigt varm kan bidra till att demagnetisera magneterna. Därför är det viktigt att övervaka motorns temperatur.
Kan alla styrenheter utföra "defluxning"?
Nej. Det krävs en vektorstyrning och en funktion som är avsedd för det. Styrdon som är justerbara, som till exempel VESC, erbjuder detta, med en justerbar inställning för maximal ström under bromsning.